公开/公告号CN103468922A
专利类型发明专利
公开/公告日2013-12-25
原文格式PDF
申请/专利权人 上海梅山钢铁股份有限公司;
申请/专利号CN201210183432.1
申请日2012-06-06
分类号C21D9/56(20060101);C21D1/26(20060101);C21D11/00(20060101);
代理机构31113 上海浦东良风专利代理有限责任公司;
代理人张劲风
地址 210039 江苏省南京市雨花台区中华门外新建
入库时间 2024-02-19 21:27:30
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2015-01-21
授权
授权
2014-01-22
实质审查的生效 IPC(主分类):C21D9/56 申请日:20120606
实质审查的生效
2013-12-25
公开
公开
技术领域
本发明涉及带钢退火处理技术，特别涉及一种防止退火炉带钢发生热瓢曲的控制方法。
背景技术
作为连续退火生产线的关键设备，退火炉的稳定运行直接影响到连续退火机组的产能。随着连续退火产品向薄、宽方向发展，而且通板速度越来越高，0.15毫米厚度的带钢最高可达到1000米/分钟，退火热瓢曲是困扰退火炉稳定运行的一个重要因素，当带钢发生热瓢曲时，非常容易发生起筋、断带等故障，一旦发生退火炉内断带，就需要停机进行手动焊接、穿带，炉内断带停机往往需要将近24小时恢复生产，严重影响了机组产能。热瓢曲的产生与带钢特性尺寸、带钢原始板形、炉辊表面状态及现场条件(如炉温、张力)等诸多因素有关。
为了避免在连续退火过程中发生热瓢曲，一种常用的方法是在连退炉内安装工业电视监视装置，生产操作人员通过工业电视监视装置观察板型的变化情况，然后根据带钢的运行情况调整带钢的张力，速度，以免发生断带。该方法的缺点是操作人员凭目测来判定带钢的热瓢曲情况，当观察到带钢板型变化时，带钢已经发生热瓢曲了，因此调整具有滞后性，即使通过大幅度的降速操作，侥幸避免炉内断带故障的发生，也会导致带钢温度剧烈波动、从而造成产品质量温度不符等问题、影响生产的正常进行。
经过检索，与本案有关的连退机组张力在线设定方法的专利如下：专利申请号为CN102004812.A，本发明公开了一种连续退火机组炉内张力的在线设定方法，包括收集退火炉的设备结构影响系数、连退炉分段影响系数、连退炉各段的炉辊直径；计算出考虑到跑偏、瓢曲及板形影响时的模型系数；计算出退火炉内的张力预设定值；将退火炉内的张力设定值投入机组运行，完成张力的在线设定。
以上专利是基于计算连退炉张力的预设定值，主要是为连退炉炉内的张力设定提供依据，该专利考虑了来料的板形，但是没有考虑生产过程中温度对于炉辊凸度的影响，也未考虑温度以及速度的变化对于热瓢曲的影响，而本发明主要是为了预报退火处理中热瓢曲发生的风险，张力、速度的调整只是避免热瓢曲发生的手段。
发明内容
本发明的目的是提供一种防止退火处理中带钢热瓢曲的控制方法，主要解决视频监视存在的调整滞后性的技术问题。通过实时计算退火炉内热瓢曲发生的风险，预先调整带钢的张力、带钢运行的速度、温度，从而预防热瓢曲的发生，避免由于热瓢曲而造成的带钢起筋、炉内带钢断带等重大停机故障。
本发明技术方案为：一种防止退火炉带钢发生热瓢曲的控制方法，包括以下步骤，炉辊初始凸度数据、带钢基本数据和炉内运行数据的收集；通过炉辊张力值获取、炉辊温度值获取、炉辊凸度值获取，根据上述各种参数进行热瓢曲风险计算，最后进行热瓢曲风险预报、张力、速度自适应调整。按新方案测量炉辊的凸度，测量炉内温度，利用热膨胀函数对炉辊凸度进行实时的计算，得到更加逼近实际的炉辊凸度，然后结合炉内张力、带钢规格、带钢与炉辊的接触长度、炉辊位于炉内的位置等参数，经过一系列的计算，计算出带钢发生热瓢曲的风险，当带钢发生热瓢曲的风险进入危险区域时，调整带钢张力、带钢速度避免热瓢曲的发生。
具体的实现步骤如下：
第一步： 炉辊张力值获取
(1)．收集带钢的规格数据，包括带钢宽度、厚度、钢种；
(2)．收集炉辊的分布位置参数，确定炉辊与带钢的接触面积；
在一般的立式连续退火炉内，根据炉辊的位置分布，炉辊的总张力也不同。由于连退炉炉辊上有带钢缠绕，炉辊的总张力rollgloten会受到带钢重力的影响，相同规格的带钢，炉辊与带钢的接触面积不同，则rollgloten会不同，炉辊张力rollten（不考虑带钢自身重量）通过安装在底辊的张力仪测得。炉辊与带钢的接触面积主要为90°和180°两种情况，参照图1；
(3). 计算炉辊的张力
对于下辊，rollgloten不考虑带钢自身的重量，因此rollgloten等于rollten。对于上辊，rollgloten等于rollten和带钢自身的重量之和，带钢自身重量取决于带钢的规格以及炉辊与带钢的接触面积，对于与带钢180°接触的炉辊:
rollgloten=rollten+2*ρ*stwid*stthk*stlen
对于与带钢90°接触的炉辊：
rollgloten=rollten+ρ*stwid*stthk*stlen
式中：ρ－表示铁的密度
stwid －表示带钢宽度
stthk －表示带钢厚度
stlen－表示上辊、下辊之间带钢的长度。
第二步：炉辊温度值获取
(1) . 采集带钢温度、炉子温度
带钢的温度，可以通过安装在炉子出口的红外线测温仪测得，炉区的炉温可以通过安装在炉内的热电偶测得；
(2). 炉辊温度的计算
炉辊的温度取决于炉内温度，带钢的温度以及带钢与炉辊的接触面积；
由于炉内温度比带钢温度高很多，因此，炉辊与带钢接触的部分温度较低，炉辊边部位置温度较高，参照图2。炉辊与带钢接触面积的计算：
lgcont=stripwid*tempcoef
lgcont表示带钢与炉辊的接触面积；
stripwid表示带钢宽度；
tempcoef为温度系数，不同温度范围内该系统略有不同；
为了提高炉辊温度、炉辊张力、炉辊的热凸度的计算精度（如图3所示），以炉辊中心为0点位置，将半炉辊分成N个点来进行计算，则每单元炉辊的长度:
式中：△rolllen表示单元炉辊的长度；
rolllen表示炉辊长度；
点n位置的坐标值为：rollx[n]= △rolllen *(N-1)
结合带钢温度、炉子温度、带钢与炉辊的接触面积，通过热传导模型计算出炉辊各个位置的炉辊温度rolltem[n]。
第三步：炉辊凸度值获取
(1). 收集炉辊初始凸度值
在连退炉设计中，为了避免带钢跑偏，退火炉内炉辊设计成带有一定初始凸度的辊型（如图4所示），使得带钢在绕辊子运行时产生向心力，将跑偏的带钢向炉辊中央拉。从而防止带钢高速运行时跑偏，但凸度辊带来的负作用就是带钢在炉内运行时容易产生热瓢曲；
(2). 炉辊热膨胀凸度的计算
在实际生产过程中，连续退火炉内的炉辊凸度会因炉辊温度的变化热胀冷缩而发生形变，因此，炉辊的实际凸度为炉辊的初始凸度和炉辊热膨胀凸度的叠加，效果如图5所示；
为了方便辊凸度的计算，根据锥形炉辊的物理特性，对锥形炉辊做如下表示，如图6所示：
根据炉辊的横坐标位置，如果rollx[n]小于等于s1/2，rollc＝0，如果rollx[n]大于s1/2，则坐标n位置炉辊的初始凸度：
计算炉辊n坐标位置的炉辊热膨胀凸度，其数学表达式为：
式中：rollf[n]表示初始凸度，
rollx[n]表示点N距离辊中心位置的距离，
rollc表示将凸度辊凹度值（以辊的中间部分作为基准值），
s1表示凸度炉辊中间位置平直部分的辊身长度值，
t1表示凸度炉辊两侧有凹进部分的辊身长度值，
c表示凸度炉辊两侧凹进部分的辊凹进值，
rolldia表示炉辊直径，
rollalpha表示炉辊的热膨胀系数，
rolltem[n]表示横坐标n位置的炉辊温度；
(3). 炉辊热膨胀后总凸度的计算
连退炉内的凸度炉辊，在加热状态下，炉辊凸度是炉辊初始凸度和炉辊热凸度相叠合的结果，如图5所示。初始凸度加上热膨胀凸度，即为炉辊热膨胀后总凸度：rollc[n]= rollf[n]+rolldila[n]，
炉辊n位置的炉辊总半径：。
第四步： 计算热瓢曲风险
(1). 钢种热瓢曲性能因子的收集
modulueyoung、limitee系数是根据钢种的性能，测试不同钢种在不同温度范围内发生热瓢曲的风险而得出；
modulueyoung钢种在不同温度下对应的屈服强度特性影响系数，
limitee钢种在不同温度下对应的抗拉强度特性影响系数，
(2)．退火炉热特性因子的收集
frictcoef、coeffk根据不同炉子的设计特性而得，coeffk为退火炉炉壁热辐射特性影响系数，coeffk为退火炉温度变化的热惯性特性影响系数；
(3). 热瓢曲风险的计算
通过生产线速度、炉辊的外型、数量位置、带钢的机械性能、带钢的规格和生产线张力，可以确定热瓢曲风险。热瓢曲风险HBR：
式中：hbrt为了简化公式而引入的中间变量：热瓢曲风险综合系数，
correct为了简化公式而引入的中间变量：炉辊凸度、炉辊位置等综合因子，
rolllen表示带钢相邻的炉上辊与炉下辊之间的距离，
rollf表示炉辊凸度值。
第五步：带钢的张力、速度的调整流程
在退火处理中，为了在不同的速度下保持带钢的性能稳定，有一套完整的速度、带钢温度工艺标准，在实际控制过程中，退火炉采用带钢温度控制的策略，因此炉子温度根据带钢温度设定值的调整而自动调整。参照图7，
当钢卷上线后即启动调整流程，依次进行张力计算、炉辊温度计算、计算瓢曲风险，当瓢曲风险不大时，调整步骤结束；当瓢曲风险大时，进一步计算张力值是否最小，如果不是，则减小张力，再进入张力计算步骤；当张力值是最小值时，通过降低速度、带钢温度设定值降低、炉内温度降低再进入炉辊温度计算步骤。
本发明有益的技术效果：本发明研究了退火处理机组高速运行过程中，热瓢曲与炉辊凸度、炉温、带钢张力、带钢与炉辊的接触长度、材料规格等的关系，最终建立起一套通过预计算热瓢曲发生的风险，采取提前调整的反馈控制策略，避免热瓢曲的发生，从而减少热瓢曲发生次数，提高退火生产线运行的稳定性。
附图说明
图1炉辊与带钢接触面积示意图。
图2炉辊表面温度分布图。
图3炉辊数字化标示图。
图4炉辊辊型图。
图5炉辊热膨胀变化图。
图6炉辊锥形标示图。
图7炉辊张力、速度调整流程框图。
图8退火炉炉辊位置分布图。
具体实施方式
一种防止退火炉带钢发生热瓢曲的控制方法，包括以下步骤，
第一步： 炉辊张力值获取
基本数据：来料的宽度stwid＝928mm，来料的厚度stthk＝0.232mm，钢种为CQ料，炉内带钢的炉辊位置如图8所示：
采用本文的方法计算炉辊的张力（单位为KG），该退火炉加热段共计有17个炉辊，经过计算，炉内的张力值如表1所示：
表1 退火炉内炉辊位置的带钢张力值
第二步： 炉辊温度值获取
通过安装在炉内的热电偶，测得炉辊位置的炉温值（℃）如表2所示：
表2 炉辊位置的炉子温度
为了方便运算，采用本文的方法，将炉辊以中心为0点位置，分成100个点来进行计算，以1号炉辊为例，代入带钢温度、炉子温度、带钢与炉辊的接触面积、炉辊位置参数等值，计算得到100个炉温点值如表3所示：
表3 1号炉辊各个位置的炉辊温度值
第三步：炉辊凸度值获取
根据炉辊设计图，连续退火炉炉辊的初始凸度值如表4所示：
表4 炉辊的初始凸度值
不同温度下，炉辊的热膨胀系数不同，对于炉辊的热膨胀系数做分段做试验，得到热膨胀系数：rollalpha的值如表5所示（炉辊温度单位为℃）：
表5 不同温度下炉辊的热膨胀系数
以1号炉辊为例，采用本文的计算方法，计算得到的炉辊凸度值rollc[n] (单位为10－6mm)如表6所示：
表6 热膨胀后炉辊各个位置的实际凸度值
第四步： 计算带钢热瓢曲风险
本次实施中材料为CQ料， CQ料的modulueyoung、limitee系数如表7所示：
表7 CQ料的modulueyoung、limitee系数
对于连退炉，系数coeff_k = 3.9×10－4，frict_coef = 0.3。代入之后算得的HBR值如表8所示：
表8 计算得到的热瓢曲风险值
按照本文的方法，该卷热瓢曲风险的最大值为47.7，接近了风险临界值50，通过现场的电视监测，本卷发生了轻微的热瓢曲，因此，该方法准确有效的预测出了热瓢曲的发生。
第五步： 调整带钢张力
现场发生热瓢曲之后，首先对带钢的单位张力最小值进行判断（带钢的张力小于最小值时，带钢容易发生跑偏，为了保证带钢的稳定运行，带钢张力必须大于最小值临界值），带钢张力大于带钢张力的最小临界值，以单位张力0.1KN/次的调整速度减小带钢的单位张力，调整到带钢稳态之后，按照该方法测量带钢的张力，带钢的张力值如表9所示：
表9 调整后炉内带钢的张力值
通过减小张力，及时的调整，该卷的热瓢曲消除，很好的避免了断带故障的发生，张力减小之后，该卷正常生产，按照本文的方法计算出的热瓢曲风险值如下表10所示：
表10 调整后正常生产时预报的热瓢曲风险值
该卷预报没有发生热瓢曲风险，该卷现场生产也非常稳定，符合现场实际。
根据现有的退火处理生产线的现场使用验证，该技术方案是切实可行的，并取得了显著的效果，该方法在现有的退火处理生产线上，可以方便地进行推广和改造，对于预防热瓢曲，提高退火生产线的稳定运行具有重要的意义，具有良好应用前景。
机译： 退火炉中带钢轧辊轴承座的冷却装置，向带钢轧辊喷射冷却空气以防止高温空气流入轴承座
机译： 连续退火炉带钢热屈的预防方法
机译： 连续退火炉带钢热屈的预防方法
